ブレンデッドウィングボディ

ブレンデッド・ウィング・ボディ（BWB）は、ブレンデッド・ボディ、ハイブリッド・ウィング・ボディ（HWB）またはリフティング・エアロフォイル・胴体とも呼ばれ、^[1]翼と機体本体の間に明確な境界線がない固定翼航空機です。 ^[2]この航空機は、明確な境界線がなく滑らかに融合した、明確な翼と胴体構造を持っています。^[3]これは、明確な胴体を持たない全翼機や、明確な翼を持たないリフティング・ボディとは対照的です。BWBの設計は、無尾翼の場合とそうでない場合があります。

BWB の主な利点は、従来の翼胴接合部に伴う濡れ面積とそれに伴う形状抵抗を減らすことです。また、幅広の翼型ボディを装備することで、機体全体で揚力を生成し、翼のサイズと抵抗を減らすこともできます。

BWB 構成は、航空機と水中グライダーの両方に使用されます。

歴史

1920年代初頭、ニコラス・ヴォエヴォツキーがBWBの理論を考案し、風洞試験を経てウェストランド・ドレッドノートが製造された。1924年の初飛行で失速し、パイロットが重傷を負ったため、プロジェクトは中止された。このアイデアは1940年代初頭にマイルズM.26旅客機プロジェクトで再び提案され、マイルズM.30「Xマイナー」研究試作機が調査のために製造された。マクドネルXP-67試作迎撃機も1944年に飛行したが、期待に応えられなかった。1944年のバーネリCBY-3ロードマスターは、カナダのブッシュ作戦用に設計されたブレンデッド・ウィング設計だった。^[4]

NASAとマクドネル・ダグラスは1990年代にこのコンセプトに戻り、スタンフォード大学が製作したBWB-17と呼ばれる人工的に安定化された17フィート（5.2メートル）のモデル（6%スケール）を開発し、1997年に飛行させて良好な操縦性を示した。^[5]^：16 2000年からNASAは21フィート（6.4メートル）の翼幅を持つ遠隔操作の研究モデルの開発を続けた。

NASAは、ボーイングX-48 無人航空機用のBWB設計も共同で検討した。^[6]研究によると、450人から800人の乗客を乗せるBWB旅客機は、20パーセント以上の燃料節約を達成できる可能性があると示唆されている。^[5]^{: 21}

エアバスは、A320neoファミリーの代替機としてBWBの設計を検討している。サブスケールモデルは、MAVERIC（堅牢な革新的制御の検証と実験のためのモデル航空機）プログラムの一環として、2019年6月に初飛行した。エアバスは、このプログラムにより、2005年比でCO2排出量を最大50％削減できると期待している_。 [ ^7]

NASA の N3-X コンセプトでは、燃料消費、排出ガス、騒音を低減するために、多数の超伝導電動モーターを使用して分散ファンを駆動します。これらの電動ファンを駆動する電力は、翼端に取り付けられた 2 つのガスタービン駆動の超伝導発電機によって生成されます。この将来の航空機の構想は、「ハイブリッドウィングボディ」またはブレンデッドウィングボディと呼ばれます。この設計では、翼が航空機のボディにシームレスに溶け込むため、非常に空気力学的に優れ、燃料消費、騒音、排出ガスを大幅に削減できる可能性が大いにあります。NASA は、このようなコンセプトを開発して、コンピューターシミュレーションや風洞のモデルでテストし、実際にメリットが得られるかを確認します。^{[引用が必要]}

2020年代

2020年、エアバスはZEROeイニシアチブの一環としてBWBコンセプトを発表し、小型機のデモを行った。^[8]^[9] 2022年、ボンバルディアはEcoJetプロジェクトを発表した。^[9]^[10]^{[より良い情報源が必要]} 2023年、カリフォルニアの新興企業JetZeroは、250人の乗客を運ぶように設計されたZ5プロジェクトを発表した。これは、既存のCFMインターナショナルLEAPまたはプラット・アンド・ホイットニーPW1000G 35,000 lbf（160 kN）エンジンを使用することを想定した、新しい中型機カテゴリーをターゲットにしている。^[11]^[12] 2023年8月、米空軍はジェットゼロ社に4年間で2億3500万ドルの契約を締結し、2027年第1四半期までに実物大のデモンストレーターの初飛行を行うことを発表した。この契約の目的は、BWB技術の機能を実証し、国防総省と民間産業に将来の航空プラットフォームの選択肢を増やすことである。^[13]^[14]

この開発に続いて、ジェットゼロは、抗力と燃料消費を大幅に削減するように設計された「ブレンデッドウィング」デモ機であるパスファインダーのテスト飛行のFAA承認を取得しました。この革新的な設計により、排出量を50％削減できる可能性があります。2030年までに本格的な開発が予定されており、ジェットゼロは乗客、貨物、軍事用途のバリエーションを作成する予定です。このプロジェクトは、認証と現在の空港インフラストラクチャとの統合の課題に直面しています。^[15]

特徴

ブレンディングによって生み出された広い内部空間は、新たな構造上の課題を提起する。NASAは、途切れることのないキャビン空間を作り出すために、フォームで覆われたステッチ生地の炭素繊維複合材スキンを研究してきた。^[16]

BWB形状は、航空機の機体表面の総濡れ面積を最小限に抑え、機体抵抗を最小限に抑えます。また、翼根部の厚みが増し、従来の航空機に比べて構造の効率化と重量の軽減が実現します。NASAは、超高バイパス比（UHB）ジェットエンジンをハイブリッド翼体に統合することも計画しています。^[17]

従来の管状胴体は全揚力の12～13%を支えるのに対し、BWBではセンターボディが31～43%を支える。一方、ナローボディサイズの旅客機に適した中間揚力胴体構成では25～32%の揚力を支えることになり、燃料効率が6.1～8.2%向上する。^[18]

航空機の設計コンセプトの範囲。左から右へ：従来型旅客機（ボーイング 757）、ブレンデッドウィングボディ（B-1 ランサー）、膨らんだフェアリングを備えた全翼機（B-2 スピリット）、ほぼクリーンな全翼機（ノースロップ YB-49）とリフティングボディ（M2-F1）。

潜在的な利点

戦略的な航空輸送、航空貨物輸送、^[19]および空中給油の役割における大きなペイロードの利点
燃料効率の向上— 従来のワイドボディ機よりも10.9%向上し、^[18]同等の従来の航空機よりも20%以上向上します。^[20] 2022年の米国空軍の報告書によると、BWBは「現在の空軍のタンカーや機動機よりも少なくとも30%空力効率が向上します」。^[21]
低騒音 — NASAの音響シミュレーションでは、ボーイング777クラスの航空機で15dBの騒音低減が見られ^[22]、他の研究では、構成に応じてステージ4レベル以下で22～42dBの騒音低減が見られました^{[2] 。}

潜在的なデメリット

緊急時にBWBから避難することは困難である可能性がある。機体の形状により、座席レイアウトは管状ではなく劇場型になる。これにより、出口ドアの数に固有の制限が課せられる。^[23]^[24]
BWBの機内は窓無しになるだろうと示唆されているが^[25]、最近の情報によると、窓の位置は異なる可能性があるが、従来の航空機と同じ重量ペナルティを伴うことが分かっている。^[26]
客室の端の乗客は翼のロール時に不快感を覚える可能性があると指摘されているが^[25]、777のような大型の従来型航空機の乗客も同様にそのようなロールの影響を受けやすい。^[26]
中央の主翼ボックスは客室として使用するためには高くする必要があり、バランスを取るためにより大きな翼幅が必要となる。^[27]
BWBは、与えられたペイロードに対して空虚重量が大きいため、4時間以内程度の短いミッションには経済的ではない可能性があります。^[27]
翼幅が長すぎると、一部の空港インフラに適合しなくなる可能性があり、ボーイング 777Xと同様の折りたたみ式翼が必要になる場合があります。
簡単に伸縮できる従来の胴体と翼に比べて、異なるサイズのバリエーションを作成するために設計を変更するのはより高価です。^[27]
低速時のピッチ制御と揚力能力は、ブレンデッドウィング設計の課題となっている。JetZeroは、Z-5 BWBコンセプトでこれらの問題に対処するための新しい着陸装置設計を提案した。^[11]

ブレンデッドウィングボディ航空機の一覧

大衆文化では

ポピュラーサイエンスコンセプトアート

ブレンデッド・ウィング・ボディの商用航空機のコンセプト写真が、2003年11月号のポピュラーサイエンス誌に掲載された。^[30]エンバシー・ビジュアル・エフェクツのアーティスト、ニール・ブロムカンプとサイモン・ファン・デ・ラゲマートは、コンピュータグラフィックスソフトウェアを使用して、航空と空の旅の未来を描いた写真を雑誌のために作成した。 ^[31] 2006年にこの画像は、ボーイングが「過激なブレンデッド・ウィング設計」の1000人乗りジェット旅客機（「ボーイング797」）を開発したと主張する電子メールのいたずらで使用され、ボーイングはこの主張を否定した。^[32]^[33]^[34]

参照

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